(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立軸に配置された複数台のポンプの各々が吐出側に吐出弁を備える先行待機ポンプにおいて、羽根車下方のポンプケーシング内に一端側が連通され他端側が大気側に開放されており、ポンプ運転中には前記一端側と他端側が常時連通状態にされる吸気管と、複数の前記ポンプの各々の軸封部および各々のケーシング内に加圧空気を供給可能な空気供給手段と、前記吐出弁の上流側に隣り合う逆止弁と、前記空気供給手段が前記ポンプに加圧空気を供給するときに前記逆止弁を閉とする制御装置と、を設けたことを特徴とする先行待機ポンプ。
【請求項２】
前記逆止弁はエアシリンダーを有しており、前記制御装置は前記逆止弁を常時は可動自在の状態に制御し、前記空気供給手段が前記ポンプに加圧空気を供給するときに前記エアシリンダーを動作させて前記逆止弁を閉じることを特徴とする請求項１に記載の先行待機ポンプ。
【請求項３】
前記空気供給手段は、前記羽根車を回転させる回転軸を支持し、この回転軸の上下方向２か所に設けた軸受に冷却空気を供給する軸受冷却管を有することを特徴とする請求項１または２に記載の先行待機ポンプ。
【請求項４】
前記空気供給手段は前記吸気管を含み、先行待機運転時にはこの吸気管から加圧空気を前記ポンプ内に供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の先行待機ポンプ。
【請求項５】
揚水可能水位に達する前にほぼ同一高さに配置された複数台のポンプを回転起動して待機運転し、水位の上昇とともに前記複数台のポンプを順次揚水運転に切換える先行待機ポンプの運転方法において、立軸に配置された複数台のポンプの各々の吐出側に隣り合って備える逆止弁と吐出弁、および羽根車下方のポンプケーシング内に一端側が連通され他端側が大気側に開放された吸気管、複数の前記ポンプの各々のケーシング内に加圧空気を供給可能な空気供給手段とを用い、水位が上昇して揚水できない予め定めた第１の水位に達したらすべてのポンプの前記吐出弁を開にするとともに前記逆止弁を閉じ、さらに前記空気供給手段が軸封部に加圧空気を供給し、さらに水位が上昇して吸込み管を通じて吸込ベルマウスに設けた孔から空気を吸い込んでしまう第２の水位に達したら、複数台の前記ポンプのいずれかの前記逆止弁を開にするとともに前記空気供給手段から前記ポンプ内部への空気の供給を当該ポンプだけ停止して揚水運転に切り換えることを特徴とする先行待機ポンプの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は雨水等の排水に用いる先行待機ポンプ及びその運転方法に係り、特に複数台のポンプを備えた時に好適な先行待機ポンプ及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
降雨が予想される場合に事前に排水ポンプを起動し、急な出水に対応させる方法として、先行待機ポンプを用いた排水方法が種々提案されている。例えば特許文献１では、先行待機ポンプの運転において水位に応じてポンプの流量を制御し、有害な渦を発生させずに最低水位レベルより低い水位で排水運転を可能とするために、空気を吸い込みベルから吸い込む限界である最低水位レベルよりも下方に羽根車を位置させ、この位置よりもさらに下方のケーシング位置に吸気孔を設けて大気に連通する吸気管をこの吸気孔に接続している。さらに、複数台設けたポンプでは羽根車位置を変えて配置し、同時に揚水を開始することによるポンプ動力の急激な増加を抑制している。
【０００３】
先行待機ポンプの他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載のポンプでは、複数台のポンプにより吸水槽に急激に水が流入しても排水が可能となるように、かつ各ポンプの排水運転時間を均一化できるように、各ポンプに対して強制気中運転と通常運転を順次切り替えるよう制御している。ここで、強制気中運転を可能にするため、吸込み側を２重の吸い込みベルマウス形状とするとともに、圧縮機で発生した圧縮空気を、仕切った吐出弁とポンプの羽根車間の領域に送り、ベルマウスの下流側と吐出弁間に水柱を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−７８７９１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３８８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の先行待機ポンプでは、吸気管の一端側を羽根車より下方のケーシング位置に取り付け、吸気管の他端側を大気に開放しているので、水位が低く通常の運転では羽根車を回転させた場合、揚水運転に支障をきたすような状態であっても揚水が可能になり、先行待機ポンプを使用する急な出水が予想される事態では、非常に有効な方法となっている。また、複数あるポンプをいわゆるステップ配置しているので、急な出水時でも、全台同時に揚水開始することがないので、ポンプ駆動用の過渡的な動力の増大を抑制できる。しかしながら、ステップ状の配置が固定配置であるため、最下方に位置するポンプと上方に位置するポンプの揚水運転時間に差が生じ、メインテナンス時期が不均一になるという不具合を生じている。
【０００６】
上記特許文献２では、ステップ配置で生じた頻繁なメインテナンスの発生の不具合を回避するために、複数台のポンプを同一高さに配置し、揚水運転を最初に開始するポンプを変更することにより、ポンプの揚水運転時間を均一化している。そして複数台あるポンプの揚水開始時間をポンプごとに変えるため、圧縮空気をポンプに注気して強制気中運転を実行している。
【０００７】
しかしながら、この特許文献２に記載のポンプでは、強制気中運転時には吐出弁を閉じて運転する必要があり、強制気中運転から通常の揚水運転に復帰する際にはこの吐出弁を開く必要がある。通常、吐出弁にはバタフライ弁等が用いられるが、この吐出弁を開くのに１分程度の時間が必要であり、急な出水に対応する先行待機運転ポンプとしては吐出弁の開動作時間が長すぎる場合もある。また、同一高さにポンプを配置させるため、最低吸込み水位を特許文献１に記載のものよりも高くしており、最低吸込み水位の低下も求められている。
【０００８】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、複数台のポンプをほぼ同一高さ位置に配置した場合の自家発電設備の過渡的な負荷変動を低減し、各ポンプの揚水運転時間の均一化を図った場合であっても、待機運転から揚水運転へ瞬時に切換え可能とし、吸込み水位も従来程度まで低下可能にすることにある。本発明の他の目的は、複数台のポンプをほぼ同一高さ位置に配置して過渡的な負荷変動を低減し、各ポンプの揚水運転時間の均一化を図った場合であっても、揚水運転をせずに空転運転のままで終わった後に軸受インターバル時間を不要もしくは短縮することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の特徴は、立軸に配置された複数台のポンプの各々が吐出側に吐出弁を備える先行待機ポンプにおいて、羽根車下方のポンプケーシング内に一端側が連通され他端側が大気側に開放されており、ポンプ運転中には前記一端側と他端側が常時連通状態にされる吸気管と、複数の前記ポンプの各々軸封部および各々のケーシング内に加圧空気を供給可能な空気供給手段と、前記吐出弁の上流側に隣り合う逆止弁と、前記空気供給手段が前記ポンプに加圧空気を供給するときに前記逆止弁を閉とする制御装置と、を設けたことにある。
【００１０】
そしてこの特徴において、前記逆止弁はエアシリンダーを有しており、前記制御装置は前記逆止弁を常時は可動自在の状態に制御し、前記空気供給手段が前記ポンプに加圧空気を供給するときに前記エアシリンダーを動作させて前記逆止弁を閉じるものが好ましく、前記空気供給手段は、前記羽根車を回転させる回転軸を支持し、この回転軸の上下方向２か所に設けた軸受に冷却空気を供給する軸受冷却管を有するものであってもよい。また、前記空気供給手段は前記吸気管を含み、先行待機運転時にはこの吸気管から加圧空気を前記ポンプ内に供給するものであってもよい。
【００１１】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、揚水可能水位に達する前にほぼ同一高さに配置された複数台のポンプを回転起動して待機運転し、水位の上昇とともに前記複数台のポンプを順次揚水運転に切換える先行待機ポンプの運転方法において、立軸に配置された複数台のポンプの各々の吐出側に隣り合って備える逆止弁と吐出弁、および羽根車下方のポンプケーシング内に一端側が連通され他端側が大気側に開放された吸気管、複数の前記ポンプの各々のケーシング内に加圧空気を供給可能な空気供給手段とを用い、水位が上昇して揚水できない予め定めた第１の水位に達したらすべてのポンプの前記吐出弁を開にするとともに前記逆止弁を閉じ、さらに前記空気供給手段がポンプの軸封部に加圧空気を供給し、さらに水位が上昇して吸込み管を通じて吸込ベルマウスに設けた孔から空気を吸い込んでしまう第２の水位に達したら、複数台の前記ポンプのいずれかの前記逆止弁を開にするとともに前記空気供給手段から前記ポンプ内部への空気の供給を当該ポンプだけ停止して揚水運転に切り換えることにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、先行待機ポンプが備える複数台のポンプをほぼ同一高さに配置し、各ポンプの吐出弁の前に逆止弁を配置し、この逆止弁とベルマウス端部との間のポンプ軸封部から圧縮空気を注気可能とし、さらに大気に連通する吸気管を羽根車よりも下方のケーシングに接続したので、各ポンプの揚水運転時間の均一化が図れるとともに、待機運転から揚水運転へ瞬時に切換え可能となり、吸込み水位も従来程度まで低下できる。また、圧縮空気を軸受にも注気し、冷却できるようにしたので、揚水運転をせずに空転運転のままで終わっても、軸受インターバル時間を不要もしくは短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る先行待機ポンプの一実施例の縦断面図である。
【図２】図１に示した先行待機ポンプが備える逆止弁の詳細を示す図である。
【図３】図１に示した先行待機ポンプが備える軸受周りの詳細を示す図である。
【図４】図１に示した先行待機ポンプの軸封部周りの詳細を示す図である。
【図５】各弁の水位に応じた切換え状態を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る先行待機ポンプの一実施例を、図面を用いて説明する。図１は、先行待機ポンプ１００の縦断面図である。先行待機ポンプ１００は、複数台、図１では３台の立軸型のポンプ２００ａ〜２００ｃを備えている。図１では、これらのポンプ２００ａ〜２００ｃの図示の一部を省略しているが、ポンプ２００ｂ、２００ｃもポンプ２００ａと全く同一の構成であり、以下の記載では添字ａ、ｂ、ｃで区分する。
【００１５】
下部を底壁６０で、上部をポンプ設置床８０で区画された吸込み水槽（吸水槽）５０内に、吸込口と底壁６０間に間隔をおいて３台のポンプ２００ａ〜２００ｃが収容されている。各ポンプ２００ａ〜２００ｃは、その高さ位置が揃えられてほぼ同一の吸込口高さに設定されており、ポンプ設置床８０にフランジ２４２ａ〜２４２ｃ部で固定されている。
【００１６】
各ポンプ２００ａ〜２００ｃの中心部を回転軸２３２ａ〜２３２ｃが貫通しており、回転軸２３２ａ〜２３２ｃの先端には、羽根車２３０ａ〜２３０ｃが取り付けられている。回転軸２３２ａ〜２３２ｃの中間部に上軸受２４０ａ〜２４０ｃが、下端部に下軸受２３６ａ〜２３６ｃが設けられており、これら両軸受２４０ａ〜２４０ｃ、２３６ａ〜２３６ｃにより回転軸２３２ａ〜２３２ｃが回転自在に支持されている。軸受２４０ａ〜２４０ｃ、２３６ａ〜２３６ｃは、軸受ハウジング２３４ａ〜２３４ｃ、２３８ａ〜２３８ｃに保持されている。回転軸２３２ａ〜２３２ｃ及び羽根車２３０ａ〜２３０ｃ等を収容するケーシングは、吸込みベルマウス２２０ａ〜２２０ｃ、羽根車ケーシング２２２ａ〜２２２ｃ、ディフューザケーシング２２４ａ〜２２４ｃ、揚水管２２６ａ〜２２６ｃ、吐出エルボ２２８ａ〜２２８ｃを有しており、下側から順に並べられてボルト等で接続されている。吐出エルボ２２８ａ〜２２８ｃの曲がり角部からは回転軸２３２ａ〜２３２ｃが上方に突き出ており、この回転軸２３２ａ〜２３２ｃの突出し部に、メカニカルシール２４８ａ〜２４８ｃからなる軸封部２４６ａ〜２４６ｃが形成されている。回転軸２３２ａ〜２３２ｃの上端部には、カップリング２５０ａ〜２５０ｃが取り付けられており、駆動モータ２５６ａ〜２５６ｃのモータ軸２５４ａ〜２５４ｃ端に取り付けたカップリング２５２ａ〜２５２ｃに締結されている。駆動モータ２５６ａ〜２５６ｃは、ポンプ設置床８０よりも上方に設けた電動機床８１、もしくはポンプ設置床８０に固定された架台の上に固定されている。
【００１７】
吐出エルボ２２８ａ〜２２８ｃの下流側には、本発明の特徴である逆止弁１１０ａ〜１１０ｃを上流側にして逆止弁１１０ａ〜１１０ｃと吐出弁１２０ａ〜１２０ｃが隣り合って取り付けられている。逆止弁１１０ａは、弁内部を封止するための可動弁体１１２ａ〜１１２ｃと、この弁体１１２ａ〜１１２ｃを駆動するエアシリンダー１１４ａ〜１１４ｃとを有している。
【００１８】
次に、ポンプ２００ａ〜２００ｃの待機運転の際に、加圧空気をポンプに導き気中運転させるための機構を、以下に説明する。ポンプに加圧空気を供給するための加圧源として、ルーツブロア等のブロア３００ａ〜３００ｃが用いられている。ブロア３００ａ〜３００ｃで発生した加圧空気は、４系統に送られる。
【００１９】
第１の系統は、ブロア３００ａ〜３００ｃから延びる空気配管３５２ａ〜３５２ｃに連結する空気供給管３１５ａ〜３１５ｃから分岐した軸封配管３４０ａ〜３４０ｃの系統である。軸封配管３４０ａ〜３４０ｃの途中には、開閉弁３４２ａ〜３４２ｃが取り付けられている。この系統は、メカニカルシール２４８ａ〜２４８ｃを有する軸封部２４６ａ〜２４６ｃに加圧空気を供給して、吸気管３１０ａ〜３１０ｃからポンプ２００ａ〜２００ｃの内部に封入した加圧空気が漏れるのを防止するためのもので、吸込み水槽５０内の水位ＷＬが上昇した場合でも、ポンプ２００ａ〜２００ｃの内部水位ＷＬＰを一定に保つ。
【００２０】
第２の系統は、第１の系統とは別にポンプの内部に加圧空気を供給する系統で、ブロア３００ａ〜３００ｃから空気供給配管３１５ａ〜３１５ｃおよび電磁弁等の開閉弁３１６ａ〜３１６ｃを介して吸気管３１０ａ〜３１０ｃへと導かれ、最後はベルマウス２２０ａ〜２２０ｃに形成した吸気孔１９８ａ〜１９８ｃに連結する系統である。吸気管３１０ａ〜３１０ｃには、分岐管３１２ａ〜３１２ｃが設けられており、分岐管３１２ａ〜３１２ｃの途中には放風弁３１４ａ〜３１４ｃが配置されている。
【００２１】
第３の系統は、軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃを冷却するための系統である。詳細を後述する気中運転をすると、樹脂製の軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃではドライ運転により放熱が進まず発熱する。その後揚水運転をすると、排水が軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃ部を通過することにより、軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃは冷却される。
【００２２】
一方、気中運転をしても予想水位まで水位が上昇しないときは、揚水運転をしないでポンプ２００ａ〜２００ｃを停止することになる。この場合、軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃは冷却されず自然放熱による温度低下を待つだけとなる。温度低下するまでをインターバルと呼ぶ。インターバル期間中はポンプ２００ａ〜２００ｃを再使用できない。そこでこの不具合を解消するために、第３の系統を設けている。
【００２３】
気中運転中は、上下の軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃへ加圧空気を供給し、軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃを冷却する。この場合、冷却効果が得られるよう、吐出エルボ２２８ａ〜２２８ｃの上部に圧力調整弁３１７ａ〜３１７ｃを設けている。
【００２４】
圧力調整弁３１７ａ〜３１７ｃは、ブロア３００ａ〜３００ｃにより加圧されたポンプ２００ａ〜２００ｃ内の圧力が、設定圧力以上になったときに大気開放するように動作する。これにより、ポンプ２００ａ〜２００ｃ内の圧力は一定に保たれる。このとき、軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃ部には、加圧空気の流れが形成され、軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃが冷却される。それとともに、ブロア３００ａ〜３００ｃの締切運転が防止される。
【００２５】
上記の構成だけでは上下の軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃが十分に冷却されない恐れがある場合には、ポンプ２００ａ〜２００ｃの停止時の電源遮断後の惰性運転中に加圧空気を供給し、軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃを強制空冷するようにすればよい。この場合、放風弁３１４ａ〜３１４ｃは開状態にする。
【００２６】
本実施例では、加圧空気を軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃの冷却に使用しているが、気中運転をしているポンプの他に排水運転をしているポンプがある場合、その排水運転中のポンプから排水の一部を軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃ部に導き、冷却するようにしてもよい。さらに、排水運転中の他のポンプがない場合に、予め雨水等を貯水して、この貯水を軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃに供給して強制水冷するようにしてもよい。
【００２７】
第４の系統は、逆止弁１１０ａ〜１１０ｃの操作圧力を得るための系統である。ブロア３００ａ〜３００ｃから逆止弁制御配管３５０ａ〜３５０ｃを経由してエアシリンダー１１４ａ〜１１４ｃに加圧ガスは導かれる。逆止弁制御配管３５０ａ〜３５０の途中には、開閉弁３５４ａ〜３５４及び逆止弁３５６ａ〜３５６ｃが配置されている。逆止弁制御配管３５０ａ〜３５０ｃからは放風配管３３４ａ〜３３４ｃが分岐しており、この放風配管３３４ａ〜３３４ｃには、開閉弁３３６ａ〜３３６ｃが取り付けられている。なお、ブロア３００ａ〜３００ｃおよび各弁３１６ａ〜３１６ｃ、３２２ａ〜３２２ｃ、３３６ａ〜３３６ｃ、３５４ａ〜３５４ｃ、３５６ａ〜３５６ｃはユニット化されており、空圧制御ユニット３８０が電動機床８１に点検容易なように配置されている。
【００２８】
このように構成した先行待機ポンプ１００が備える逆止弁１１０ａ〜１１０ｃと軸受２３６ａ〜２３６ｃ、２４０ａ〜２４０ｃ部及び軸封部２４６ａ〜２４６ｃ周りの詳細を、図２〜図４に示す。なお、以下の説明では符号の添字を省略している。図２は、逆止弁１１０の詳細を示す配管系統図であり、図３は、軸受２３４、２３８周りの縦断面図である。図４は、軸封部２４６周りの縦断面図である。
【００２９】
逆止弁１１０は、ブロア３００が発生した加圧空気が開閉弁３５４を経由してエアシリンダー１１４に供給されることにより、閉動作をする。開閉弁３５４の開閉は、制御装置５００から指示される。エアシリンダー１１４は、シリンダー４１７内に往復動可能なピストン４１５が配置されており、ピストン４１５の両端とシリンダー４１７とで、２つのシリンダー室４１３、４１４が形成されている。一方のシリンダー室４１４は、逆止弁制御配管３５０に連通している。ピストン４１５の中間部には軸４１６が設けられており、この軸４１６にコネクティングロッド４１０が回動及び軸方向移動可能に係合している。コネクティングロッド４１０の他端は、弁体１１２の一端部に設けた回動軸４１２に回動可能に取り付けられている。
【００３０】
制御装置５００が、開閉弁３５４を開き、放風弁３３６を閉じるように指示すると、逆止弁制御配管３５０からシリンダー室４１４に加圧空気が導かれ、ピストン４１５は図２で上方に移動する。ピストン４１５が上方に移動すると、コネクティングロッドが右回転し、これに連動して弁体１１２も右回転し、逆止弁１１０の内部の流路を閉塞する。
【００３１】
ポンプ２００の気中運転が終了すると、制御装置５００は開閉弁３５４を閉じ、放風弁３３６を開くよう指示する。両シリンダー室４１３、４１４はほぼ大気圧に戻る。その結果、弁体１１２を駆動する強制力がエアシリンダー１１４からほとんど与えられず、弁体１１２にはポンプ２００の揚水運転により逆止弁１１０に流れ込んだ水の慣性力が支配的に作用する。これにより、逆止弁１１０は急速に開動作を実行する。
【００３２】
軸受２３４、２３８には、分岐配管３２４または軸受冷却管３２５から加圧空気が導入可能なように、空気取り入れ口４２０が形成されている。空気取り入れ口４２０は軸受２３４，２３８の軸方向上端側に形成されている。回転軸２３２に取り付けられて回転軸２３２を保護する軸受スリーブ４３２にわずかな間隔をおいて円筒状の樹脂製の軸受部材４３４が配置されている。軸受部材４３４は、軸受箱４３０に保持されている。軸受２３４、２３８の軸方向下端側には、空気取り出し口４２２が形成されている。軸受部材４３４を軸方向に貫通して冷却通路４２４が形成されている。
【００３３】
気中運転後に揚水運転をせずに電動機２５６が停止すると、制御装置５００は開閉弁３２２を開くように指示し、ブロア３００で発生した加圧空気をポンプ２００が惰性運転し続ける間、軸受２３４、２３８に供給し続ける。供給された加圧空気は空気取り入れ口４２０から冷却通路４２４を経て空気取り出し口４２２に導かれ、大気開放される。これにより、軸受部材４３４で発生した熱が放熱される。なお軸受部材の軸方向両端側には、シールリングが配置されており、加圧空気の軸受２３４、２３８からの漏れを低減する。
【００３４】
吐出エルボ２２８の角部に配置される軸封部２４６では、回転軸２３２に固定されたリング状の回転環４５０にカーボン製のシールリング４５２が軸方向に押圧されて、ポンプ２００の内部側から大気側へ揚水が漏れるのを防止している。シールリング４５２が均等に押圧されるように、シールリング４５２の外周側には押え板４５４が配置されており、この抑え板にはばね４５８のばね力が作用している。ばね４５８は、スプリングリテーナ４５６に保持されている。
【００３５】
ところで、気中運転では後述するヘッド差だけ、ポンプ２００内部の圧力が上昇するためこの圧力で密封する必要がある。そのため、シール手段であるメカニカルシール２４８からの空気の漏れも好ましくない。そこで、スプリングリテーナ４５６に貫通穴４４０を形成し、この貫通穴４４０に軸封配管３４０から加圧空気を導き軸封の補助に使用する。
【００３６】
制御装置５００は、ポンプ２００が気中運転に移行したら、開閉弁３４２を開くように指示し、ポンプ内部２００の圧力に応じた圧力の加圧空気を貫通穴に導く。これにより、ポンプ２００の内部を所定圧力に保つことが可能になる。
【００３７】
次に、このように構成した先行待機ポンプ１００が備える各開閉弁や逆止弁の動作と水位の変化との関係を図５の弁の切換え表により説明する。図５は、各弁の状態を液面計７０が計測した水位ごとに示した表である。ここで、水位ＷＬ１は、先行待機運転を開始する吸水槽５０の最低水位であり、予め定められている。なお、河川の上流側での降雨状況等から先行待機運転するポンプ２００ａ〜２００ｃの数は定められる。
【００３８】
水位ＷＬ２は最初に揚水運転を開始するポンプ２００ｉ（ｉはａ、ｂ、ｃのいずれかで任意）の水位である。水位ＷＬ３は第２のポンプ２００ｊ（ｊはａ、ｂ、ｃのいずれかで上記ｉを除く任意）の揚水運転を開始する水位、水位ＷＬ４は第３のポンプ２００ｋ（ｋは上記ｉ、ｊを除く、ａ、ｂ、ｃのいずれか）の揚水運転を開始する水位である。水位ＷＬ５は、全部のポンプ２００ａ〜２００ｃが通常排水を開始する水位で、それ以下の水位では吸込みベルマウス２２０ａ〜２２０ｃから空気を吸い込んでしまう水位である。
【００３９】
ここで本発明では、ポンプ２００が先行待機運転を開始すると、ポンプ２００の軸封部２４６にシール用加圧空気を送り込み、羽根車２３０の下方から逆止弁１１０までの間を、水を含まない空気のみの空間とする。また、軸封部２４６に供給する空気だけではポンプ２００の水位ＷＬＰが上昇するときは、吸気管３１０に接続した空気供給配管３１５からも加圧空気を送り込む。または、吸気管３１０に接続した空気供給配管３１５からの加圧空気の供給に切換える。
【００４０】
この状態で回転軸２３２を回転させるので、これを強制気中運転と呼ぶ。強制気中運転では、放風弁３１４を閉じブロア３００から加圧空気をポンプ２００の軸封部２４６に供給しシールすることで、ポンプ２００内部の水位ＷＬＰを一定に保つことができる。したがって、たとえ水位ＷＬが気中運転開始時より高くなっても、ポンプ２００内部の水位ＷＬＰを気中運転開始時の水位ＷＬ１に保つことが可能になる。
【００４１】
気中運転開始後、ポンプ２００の周囲の水位ＷＬが上昇し、水位ＷＬ２になるとポンプ２００は揚水運転に切り換わる。すなわち、逆止弁１１０を開放させ、ポンプ２００の内部から空気をできるだけ放出させる。なお、この状態では後述するように、吸気管３１０から空気が吸込まれ、その空気と水とがまじりあった状態で羽根車２３０に吸い込まれる。この状態を、気水混合運転と呼ぶ。
【００４２】
さらに水位ＷＬが上昇すると、ポンプ２００に吸い込まれる水にはもはや空気が含まれず水のみが揚水される。この状態を通常排水運転と呼ぶ。水量に応じてポンプ２００の運転台数が予め設定されており、設定された数のポンプ２００が順次通常排水運転に移行する。次に、この先行待機ポンプ１００を用いた排水シークエンスのいくつかの例を説明する。
(例１)
３台のポンプ２００を用いて、全てのポンプ２００が先行待機運転から通常運転まで実施する場合である。図の５(ａ)に、その時の各弁の切換え状態を示す。
（Ａ）水位ＷＬが先行待機運転開始水位ＷＬ１に達した状態から１台目のポンプ２００ｉが揚水運転、すなわち気水混合運転に切換るまで：
初めに１台目(ｉ号機)のポンプ２００ｉを先行待機運転する。すなわち、ブロア３００ｉを運転して加圧空気を発生し、エアシリンダー１１４ｉに送り逆止弁１１０ｉを閉じる。逆止弁１１０ｉを作動させるので、放封用の開閉弁３３６は閉じる。加圧空気を軸封に送るため、軸封用開閉弁３４２ｉを開く。同時に、ポンプの駆動モータ２５６ｉを駆動する。ポンプ２００ｉ内は加圧空気が密封された状態となる。吸込みベルマウス２２０に取り付けた吸気管３１０ｉからは吸気しないので、吸気兼用放風弁３１４は閉じる。
【００４３】
第１台目(ｉ号機)と同時、または所定時間だけ遅らせて、第２台目(ｊ号機)、第３台目(ｋ号機)も同様に各弁を切換える。これにより、１台目(ｉ号機)が揚水運転に切換るときには、全てのポンプ２００が強制気中運転を実施している。
（Ｂ）水位ＷＬがＷＬ２に達したとき：
１台目(ｉ号機)を、強制気中運転から空気を混合した揚水運転である気水混合運転に切換える。なおこの状態では、２台目(ｊ号機)及び３台目(ｋ号機)の運転状態はそのまま保持される。ポンプ２００ｉ内部の加圧空気を、速やかに放出させて揚水に置き換わるようにする。
【００４４】
逆止弁１１０ｉを作動させ、軸封を補助している加圧空気が不要なので、ブロワ３００ｉを停止する。それに伴い、逆止弁１１０ｉ駆動用のエアシリンダー１１４ｉに連通する放風弁３３６ｉを開き、逆止弁１１０ｉをフリーの状態にする。軸封に関しては、開閉弁３１６、３４２を閉じて軸封部への加圧空気の供給を止める。一方、本発明の特徴の一つである低い水位ＷＬでの揚水を可能にするために、吸込みベルマウス２２０ｉに形成した孔１９８ｉから大気が吸い込まれるように、吸気兼用放風弁３１４ｉを開く。吸気管３１０ｉを通じて吸い込まれた空気と一緒に水が、ポンプ２００ｉに吸い込まれる。この状態は、水位ＷＬがＷＬ３に上昇するまで継続する。
（Ｃ）水位ＷＬがＷＬ３に達したとき：
水位ＷＬがＷＬ３に達したら、排水すべき水量が増大しているので２台目(ｊ号機)も気水混合運転に切換える。各弁の切換え及びブロア３００ｊの運転状態は、上記(Ｂ)における１台目と同じ状態である。１台目(ｉ号機)は気水混合運転を継続し、３台目(ｋ号機)は、依然強制気中運転を継続する。この状態は水位ＷＬがＷＬ４に達するまで継続される。
（Ｄ）水位ＷＬがＷＬ４に達したとき：
水位ＷＬがＷＬ４に達したら、排水すべき水量がさらに増大しているので、３台目(ｋ号機)も気水混合運転に切換える。各弁の切換え及びブロア３００ｋの運転状態は、上記(Ｂ)（Ｃ）における１台目(ｉ号機)や(Ｃ)における２台目(ｊ号機)と同じである。１台目(ｉ号機) と２台目(ｊ号機)は気水混合運転を継続する。この状態は、水位ＷＬがＷＬ５に達するまで継続する。
（Ｅ）水位ＷＬがＷＬ５に達したときは、全てのポンプ２００ｉ〜２００ｋの設置高さが同じであるから、ポンプ２００ｉ〜２００ｋの内部がすでに全部水で満たされた状態になる。この状態では、吸気管３１０ｉ〜３１０ｋを通じて大気を供給する必要もなく、また、大気が吸い込まれることもない。この水位ＷＬ５の高さは、吸気管３１０ｉ〜３１０ｋに設けた吸気兼用放風弁３１４ｉ〜３１４ｋの開度の設定により変更可能である。換言すれば、この設定開度に対応した水位に達すると、吸気兼用放風弁３１４ｉ〜３１４ｊを閉じなくとも、ポンプ２００ｉ〜２００ｋに大気が吸い込まれることはなく、通常排水運転が実施される。
(例２)
例１において、(Ａ)の状態から水位ＷＬが予想に反して上昇せず、ポンプ２００の全てを停止させる場合である。説明を容易にするため、１台目のみ強制気中運転だけして停止した場合を例にする。本例では、強制気中運転中は、圧力調整弁３１７によりポンプ２００内の圧力を一定に保ち、軸受２３６、２４０部を空冷することとし、それでも軸受２３６、２４０の冷却が不十分の場合について説明する。
【００４５】
強制気中運転をしていたので、電動機２５６ｉは運転から停止に切換る。ブロア３００ｉは運転中であれば運転を継続する。気水運転をわずかな時間だけしてポンプ２００ｉを停止する場合も、軸受２４０ｉ、２３６ｉは発熱していて放熱していない可能性がある。そのような場合にこのシークエンスを実行する場合には、ブロア３００ｉを起動する。軸受２４０ｉ、２３６ｉに供給する加圧空気が得られたので、冷却配管３２０ｉに設けた開閉弁３２２ｉを開く。吸気兼用の放風弁３１４を除き、その他の弁はすべて閉じる。これにより、回転軸２３２ｉの惰性回転の間中、軸受２４０ｉ、２３６ｉが効果的に冷却される。なお、惰性運転が止まっても、ブロア３００ｉを運転し続ければ軸受２４０ｉ、２３６ｉの冷却は進行する。
【００４６】
上記各実施例では、ブロアを各ポンプごとに設けているが、ブロアを１台にして、弁切換えにより各ポンプに加圧空気を分配するようにしてもよいことは言うまでもない。また、上記実施例では３台のポンプを使用する例を示しているが、ポンプの台数は３台に限るものではない。さらに、複数台のポンプの起動順は、各ポンプの揚水運転時間や、各ポンプの最初の起動回数等に応じて変化させれば、運転時間の均一化が図られ、シール部材や軸受のメインテナンス周期を均一化できる。
【００４７】
なおポンプ運転を停止する場合には、上記各実施例で示した、軸受を加圧空気で強制空冷する方法の他に、他の排水運転中のポンプからの排水を利用する水冷方法や、予め貯水しておいた雨水を利用する水冷方法等を適用することもできる。
【符号の説明】
【００４８】
５０…吸込み水槽(吸水槽)、６０…底壁、７０…水位計、８０…ポンプ設置床、８１…電動機床、１００…先行待機ポンプ、１１０、１１０ａ〜１１０ｃ…逆止弁、１１２ａ〜１１２ｃ…弁体、１１４ａ〜１１４ｃ…エアシリンダー、１２０ａ〜１２０ｃ…吐出弁、１９８ａ〜１９８ｃ…吸気孔、２００ａ〜２００ｃ…(排水)ポンプ、２２０ａ〜２２０ｃ…吸込みベルマウス、２２２ａ〜２２２ｃ…(羽根車)ケーシング、２２４ａ〜２２４ｃ…ディフューザ(ケーシング)、２２６ａ〜２２６ｃ…揚水管、２２８ａ〜２２８ｃ…吐出エルボ、２３０ａ〜２３０ｃ…羽根車、２３２ａ〜２３２ｃ…回転軸、２３４ａ〜２３４ｃ…(下)軸受ハウジング、２３６ａ〜２３６ｃ…(下)軸受、２３８ａ〜２３８ｃ…(上)軸受ハウジング、２４０ａ〜２４０ｃ…(上)軸受、２４２ａ〜２４２ｃ…(床固定用)フランジ、２４６ａ〜２４６ｃ…軸封部、２４８ａ〜２４８ｃ…メカニカルシール(軸封手段)、２５０ａ〜２５２ｃ…カップリング、２５４ａ〜２５４ｃ…モータ軸、２５６ａ〜２５６ｃ…駆動モータ、３００ａ〜３００ｃ…ブロア、３１０ａ〜３１０ｃ…吸気管、３１２ａ〜３１２ｃ…分岐管、３１４、３１４ａ〜３１４ｃ…吸気兼用放風弁、３１５ａ〜３１５ｃ…空気供給管、３１６、３１６ａ〜３１６ｃ…開閉弁、３１７ａ〜３１７ｃ…圧力調整弁、３２０ａ〜３２０ｃ…冷却配管、３２２、３２２ａ〜３２２ｃ…開閉弁、３２５ａ〜３２５ｃ…軸受冷却管、３３４ａ〜３３４ｃ…放風配管、３３６、３３６ａ〜３３６ｃ…開閉弁、３３８ａ〜３３８ｃ…油圧配管、３４０ａ〜３４０ｃ…軸封配管、３４２、３４２ａ〜３４２ｃ…開閉弁、３５０ａ〜３５０ｃ…逆止弁制御配管、３５４、３５４ａ〜３５４ｃ…開閉弁、３５６ａ〜３５６ｃ…逆止弁、３８０…空圧制御ユニット、４１０…コネクティングロッド、４１２…回転軸、４１３、４１４…シリンダー室、４１５…ピストン、４１６…軸、４１７…シリンダー、４２０…空気取り入れ口、４２２…空気取り出し口、４２４…冷却通路、４３０…軸受箱、４３２…軸受スリーブ、４３４…軸受手段、５００…制御装置、ＷＬ１〜ＷＬ５…（吸水槽）水位、ＷＬＰ…ポンプ内水位。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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